[發(fā)明專利]微束等離子弧與GTA分流協(xié)同作用的增材制造方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811285899.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109128547A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊俊;劉廣超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23K28/02
• 分類(lèi)號(hào): B23K28/02
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發(fā)明提供一種微束等離子弧與GTA分流協(xié)同作用的增材制造方法及裝置，本發(fā)明方法采用微束等離子弧對(duì)送入電弧前的絲材進(jìn)行加熱，微束等離子弧挺直性好、電弧密度高、加熱區(qū)域小，其加熱效率高于傳統(tǒng)的電阻熱絲、電弧熱絲、激光熱絲等方法，且可以加熱鋁、銅等低熱導(dǎo)率的任何類(lèi)型金屬絲材。通過(guò)微束等離子弧對(duì)填充絲材進(jìn)行預(yù)熱，有效提高了金屬絲材的熔化效率；本發(fā)明方法將GTA電源正極分為兩個(gè)支路，其中一個(gè)支路與基板連接，另一支路與變阻器、導(dǎo)絲管內(nèi)的絲材連接，使得通過(guò)堆積層的電流小于通過(guò)鎢極的電流，減少了對(duì)堆積層的熱損傷，同時(shí)部分電流流入金屬絲材，產(chǎn)生的電阻熱可對(duì)絲材進(jìn)行有效預(yù)熱。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電弧填絲增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微束等離子弧與GTA(GasTungsten Arc)分流協(xié)同作用的增材制造方法及裝置。

背景技術(shù)

GTA填絲增材制造是電弧填絲增材制造的一種，由于該技術(shù)具有GTA電弧穩(wěn)定、電流與送絲可獨(dú)立調(diào)節(jié)的顯著優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于昂貴金屬材料的增材制造，如鈦合金、鎳基高溫合金、高強(qiáng)鋼，成形的金屬構(gòu)件具有優(yōu)良的組織和力學(xué)性能。

但是GTA填絲增材制造由于鎢極承載電流能力不足，因而存在金屬構(gòu)件成形效率低的嚴(yán)重缺陷，即單位時(shí)間內(nèi)熔化的金屬量有限。同時(shí)，在傳統(tǒng)GTA增材制造中，通過(guò)鎢極的電流將全部流入堆積層表面，對(duì)堆積層的熱損傷大，堆積層稀釋率高。因此，如何提高GTA填絲增材制造過(guò)程絲材的熔化效率并減小電弧對(duì)堆積層的過(guò)度損傷，是研究者們一直關(guān)注的問(wèn)題。

從提高增材制造絲材熔化效率的角度考慮，可采取熱絲的方法。目前常用的熱絲方法有電阻加熱、GTA氬弧加熱、高頻感應(yīng)加熱、激光加熱等方法。電阻加熱難以適用于電阻率低的鋁、銅材料；同樣的，鋁、銅材料對(duì)激光反射比較嚴(yán)重，激光加熱吸收率低；GTA電弧能量分散，絲材加熱效率不高；高頻感應(yīng)加熱方法熱絲效率高，但對(duì)人體健康造成一定的危害。從降低堆積層熱損傷的角度考慮，可以采取以下措施：①盡量采用小的成形電流；②延長(zhǎng)層間等待時(shí)間。但是以上兩種方法不可避免會(huì)降低絲材熔化效率和增加金屬構(gòu)件的制造周期。因此，基于以上考慮，亟需提出一種新的方法能夠提高GTA填絲增材制造過(guò)程絲材的熔化效率并減小電弧對(duì)堆積層的過(guò)度損傷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決GTA填絲增材制造過(guò)程絲材的熔化效率低、電弧對(duì)堆積層的過(guò)度損傷等難題，提供了一種微束等離子弧與GTA分流協(xié)同作用的增材制造方法及裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種微束等離子弧與GTA分流協(xié)同作用的增材制造方法，包括以下步驟：

步驟一：GTA電源負(fù)極與GTA槍內(nèi)的鎢極連接，GTA電源正極分為兩個(gè)支路，其中一個(gè)支路與基板連接，另一支路與變阻器、GTA送絲機(jī)的送絲嘴串聯(lián)連接，變阻器位于GTA電源正極與送絲嘴之間，用于調(diào)節(jié)電阻、改變這一支路電流的大小，送絲管側(cè)壁開(kāi)有絲材加熱窗口，微束等離子電源的負(fù)極與微束等離子槍內(nèi)的鎢極連接，正極與GTA送絲機(jī)的送絲嘴連接；

步驟二：設(shè)定微束等離子電源工藝參數(shù)：電流5-15A，離子氣流量0.2-1.0L/min，保護(hù)氣流量5-15L/min，微束等離子槍的噴嘴到絲材表面的垂直距離為2-6mm；

電流設(shè)定在5-15A的原因是：如果電流過(guò)小，熱絲效果不明顯，倘若電流過(guò)大，絲材軟化，送絲受阻；離子氣流量設(shè)定在0.2-1.0L/min范圍內(nèi)主要是維持一定的電弧的挺直性、等離子流力和電弧穿透能力；保護(hù)氣流量設(shè)定在5-15L/min的原因是：如果保護(hù)氣流量太小，對(duì)熔池的保護(hù)效果不好，容易產(chǎn)生成形缺陷，保護(hù)氣流量太大，容易造成紊流；微束等離子槍的噴嘴到絲材表面的垂直距離設(shè)置為2-6mm的原因是：如果微束等離子槍的噴嘴到絲材表面的垂直距離設(shè)定過(guò)小，噴嘴易與堆積層發(fā)生碰撞，如果距離太大，氣流保護(hù)效果不好。